JP2007001458A - Mooring type balloon - Google Patents

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Yukio Kosugi
幸夫 小杉
Toru Komata
透 小俣
Toshio Takayama
俊男 高山
Ariaki Uto
有昭 宇都
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mooring type small sized balloon capable of retaining an observation equipment such as a small sized camera in the sky and having a stabilized position. <P>SOLUTION: The mooring type balloon has a front area 15, a rear area 17 and a body area 16 for connecting the front area 15 and the rear area 17 and has a shape that an area of a border surface of the front area 15 and the body area 16 is larger than an area of a border surface of the rear area 17 and the body area 16 and an area of a cross section of the body area 16 is gradually reduced from the front area 15 to the rear area 17. The mooring type balloon has a string member 18 positioned in the mooring type balloon and fixed to a balloon skin of an upper part of the body area 16 and the string member 18 is constituted by an elastic body. The mooring type balloon retains the shape by pulling the balloon skin of the upper part of the body area 16. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、繋留型気球に関し、特に、風の影響を受けにくい高所画像取得用繋留型気球に関する。     The present invention relates to a tethered balloon, and more particularly to a tethered balloon for acquiring a high-altitude image that is not easily affected by wind.

大地震や津波、土砂災害などが発生した際、現場の被害状況を迅速に把握することが重要である。従来、大地震などの災害時に上空からの被害状況の把握を目的としては、ヘリコプターの緊急出動が主体となってきた。しかしながら、ヘリコプターの使用には、以下のような問題点が存在していた。   When a major earthquake, tsunami, or earth and sand disaster occurs, it is important to quickly grasp the damage situation at the site. Conventionally, helicopters have been dispatched urgently for the purpose of grasping the damage situation from the sky during disasters such as large earthquakes. However, the use of helicopters has the following problems.

一つ目は、避難・救援活動で最も重要とされる地震発生後30分以内にヘリコプターの配備が完了することはまれであることである。二つ目は、ヘリコプターが上空でホバリングすることによる騒音が、救援を待つ人の声の伝達をさえぎり、救難活動が難航することである。   The first is that helicopter deployment is rarely completed within 30 minutes after the earthquake, which is most important for evacuation and rescue operations. The second is that the noise caused by the hovering of the helicopter blocks the transmission of the voice of those who are waiting for relief, making rescue operations difficult.

このような問題を解決するために、気球の使用が検討されてきたが、従来の高所撮影用気球では、横風の影響に打ち勝つだけの十分な浮力を得るのに、気球の大型化で対応してきた(例えば特許文献1)。   In order to solve these problems, the use of balloons has been studied, but conventional balloons for high altitude shooting can cope with the increase in size of balloons to obtain sufficient buoyancy to overcome the effects of crosswinds. (For example, Patent Document 1).

しかしながら、緊急の際に、カートなどで移動可能とするためには、人手で移動可能な少量のガスボンベで浮上が可能な小型の気球の開発が望まれていた。しかしながら、浮力はサイズの3乗に比例するのに対して、横風の与える力は、サイズの2乗に比例することから、小型気球では、横風の影響が無視し得なかった。   However, in order to be able to move with a cart or the like in an emergency, it has been desired to develop a small balloon that can be lifted with a small amount of gas cylinder that can be moved manually. However, the buoyancy is proportional to the cube of the size, whereas the force given by the cross wind is proportional to the square of the size. Therefore, in the small balloon, the influence of the cross wind cannot be ignored.

他方、ホバリング時の翼の風切り音、エンジン音の問題を解決するために、電動の小型無人ヘリの使用も試みられているが、電源を小型の電池に依存するため、滞空時間が限定され、またカメラや通信機器の搭載荷重に大きな問題を残していた。   On the other hand, in order to solve the problem of wind noise and engine noise of the wing during hovering, the use of an electric small unmanned helicopter has been attempted, but since the power source depends on a small battery, the hover time is limited, Moreover, the big problem was left in the load of the camera and the communication equipment.

上空に浮上する気球等への給電は、低高度の電飾用では、地上からの有線による給電が試みられているが、高高度では、落雷による2次災害の危険や、不測の風による高圧線等の接触事故の可能性を含むもので、緊急時の使用には適していなかった。
特開2000−326899号公報
Power supply to balloons and the like that rise above the sky has been attempted by wire from the ground for low altitude lighting, but at high altitudes, there is a risk of secondary disasters due to lightning strikes and high pressures caused by unforeseen winds. Including the possibility of contact accidents such as wire, it was not suitable for emergency use.
JP 2000-326899 A

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小型カメラ等の観測機器を上空に保持することが可能な、横風の影響を受けにくい繋留型小型気球を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and provides a tethered small balloon that can hold an observation device such as a small camera in the sky and is not easily affected by crosswinds. With the goal.

本発明の態様に係る繋留型気球は、前方領域と後方領域と前記前方領域と前記後方領域を繋ぐ本体領域を有する繋留型気球であって、前記前方領域と前記本体領域の境界面の面積が前記後方領域と前記本体領域の境界面の面積より大きく、前記本体領域の断面の面積が、前記前方領域から前記後方領域にかけて漸減する形状を有し、弾性体で構成され、前記繋留型気球の内部に位置し、前記本体領域の上部の球皮に固定された、紐部材を有し、前記紐部材は、前記本体領域の上部の前記球皮を引っ張ることによって前記形状を保持する、ものである。本発明の繋留型気球においては、紐部材によって本体領域の上部を引っ張り、上記の形状を有する気球を形成することによって、風による浮力を得ることができ、風の影響を少なくすることが可能となる。   A tethered balloon according to an aspect of the present invention is a tethered balloon having a body region that connects a front region, a rear region, the front region, and the rear region, and an area of a boundary surface between the front region and the body region is It is larger than the area of the boundary surface between the rear region and the main body region, and the cross-sectional area of the main body region has a shape that gradually decreases from the front region to the rear region, and is formed of an elastic body. It has a string member located inside and fixed to a ball skin at the upper part of the main body region, and the string member holds the shape by pulling the ball skin at the upper part of the main body region. is there. In the tethered balloon of the present invention, by pulling the upper part of the main body region with a string member and forming a balloon having the above-mentioned shape, it is possible to obtain buoyancy due to wind and to reduce the influence of wind. Become.

本発明に係る繋留型気球によれば、気球を地上に繋留するための繋留ロープの傾斜角の横風による変化角を小さくすることができ、また、横風の大小によって紐部材が伸縮することによってこの繋留型気球に吹く風の流れを滑らかにすることができるため、気球の位置を安定化することが可能となる。   According to the tethered balloon according to the present invention, the change angle due to the crosswind of the inclination angle of the tether rope for tethering the balloon to the ground can be reduced, and the string member expands and contracts due to the magnitude of the crosswind. Since the flow of the wind blown to the tethered balloon can be smoothed, the position of the balloon can be stabilized.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態に係る繋留型気球においては、気球の上表面を紐部材で引っ張る中吊り機構を設けている。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the tethered type balloon according to the present embodiment, a middle suspension mechanism for pulling the upper surface of the balloon with a string member is provided.

この中吊り機構によって気球の形状を変化させ、気球の上面に沿って流れる風の流速と、気球の下面に沿って流れる風の流速との差を生じさせる。風の流速差によって、繋留型気球の上面と繋留型気球の下面での外圧の差を作り、繋留型気球に挿入されている気体と繋留型気球外部の気体との密度差による浮力以外の、風による浮力を得ることができる。   The shape of the balloon is changed by the suspension mechanism, and a difference between the flow velocity of the wind flowing along the upper surface of the balloon and the flow velocity of the wind flowing along the lower surface of the balloon is generated. The difference in the external pressure between the upper surface of the tethered balloon and the lower surface of the tethered balloon is created by the difference in the flow velocity of the wind, other than the buoyancy due to the density difference between the gas inserted in the tethered balloon and the gas outside the tethered balloon, The buoyancy by wind can be obtained.

風による浮力によって、繋留型気球を地上に繋留するための繋留ロープの傾斜角の横風による変化を小さくすることが可能となり、繋留型気球の位置が安定になる。また、横風の大小によって、中吊り機構に用いられた紐部材が伸縮することによって、繋留型気球に吹く風の流れが滑らかになるため、繋留型気球の位置が安定になる。   The buoyancy of the wind makes it possible to reduce the change due to the crosswind of the inclination angle of the tethering rope for tethering the tethered balloon to the ground, and the position of the tethered balloon is stabilized. Further, the flow of the wind blown to the tethered balloon is smoothed by the expansion and contraction of the string member used for the hanging mechanism due to the size of the cross wind, so that the position of the tethered balloon is stabilized.

さらに、この浮力によって横風による影響を小さくするためには、自重を軽くしなければならない。そこで、本実施の形態に係る気球においては、自重を軽くするために、球皮に軽量化された繊維、例えばポリエステル系繊維を用いている。   Furthermore, in order to reduce the influence of the crosswind by this buoyancy, the weight must be reduced. Therefore, in the balloon according to the present embodiment, in order to reduce its own weight, a lightened fiber such as a polyester fiber is used for the ball skin.

ここでいう気球とは、気密性の袋の中に、空気より軽い気体を入れて浮遊させる飛行装置のことであり、繋留型気球とは、地上から繋留ロープによって引っ張られることによって位置を特定する気球のことである。例えば、地上に置かれたウインチに繋留ロープを巻きつけておき、この繋留ロープに気球を繋ぐことによって、空中を浮上させている。   The balloon here is a flying device that floats a gas lighter than air in an airtight bag, and the tethered balloon is specified by being pulled from the ground by a tethering rope. It is a balloon. For example, a tethering rope is wound around a winch placed on the ground, and a balloon is connected to the tethering rope to raise the air.

まず、所定方向から風が吹いている、本実施に係る繋留型気球の形状について記述する。図1に、本実施の形態に係る繋留型気球の断面図を示す。左上図は、この所定方向から見た断面図、右上図は、この所定方向に垂直な断面図、下図は、鉛直上方から見た断面図である。   First, the shape of the tethered balloon according to the present embodiment in which wind is blowing from a predetermined direction will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a tethered balloon according to the present embodiment. The upper left figure is a sectional view as seen from the predetermined direction, the upper right figure is a sectional view perpendicular to the predetermined direction, and the lower figure is a sectional view as seen from vertically above.

気球が水平に浮上にしているときに最も上に位置する部分を最上部11、風の方向に対して、はじめに風を受ける部分を先端部12、先端部12と反対側に位置する部分を後端部13、最上部11と反対側に位置し、この気球が水平に浮上にしているときに最も下に位置する部分を底部14とする。   When the balloon is floating horizontally, the uppermost part is the uppermost part 11, the wind receiving part is the tip part 12 first, and the part located on the opposite side of the tip part 12 is the rear part. The bottom part 14 is the part located on the side opposite to the end part 13 and the top part 11 and located at the bottom when the balloon is floating horizontally.

また、先端部12から、風の方向に対して垂直で最上部11を含む面までの領域を前方領域15とする。また、後端部13から、底部14の後端側の端を含む、風の方向に対して垂直な面までの領域を後方領域17とし、前方領域15と後方領域17以外の部分を本体領域16とする。   Further, a region from the front end portion 12 to a surface that is perpendicular to the wind direction and includes the uppermost portion 11 is defined as a front region 15. Further, a region from the rear end portion 13 to the plane perpendicular to the wind direction including the end on the rear end side of the bottom portion 14 is a rear region 17, and a portion other than the front region 15 and the rear region 17 is a main body region. 16

図1の右上図に示すように、風を受ける方向に垂直な方向から見た断面図は、先端部12から後端部13にかけて見ていくと、まず、先端部12から、前方領域15と本体領域16の境界面にかけて、上面は徐々に上昇し下面は徐々に下降して、上面と下面との間隔が増加していく。   As shown in the upper right view of FIG. 1, the cross-sectional view seen from the direction perpendicular to the wind receiving direction is as follows from the front end 12 to the rear end 13. The upper surface gradually rises and the lower surface gradually descends toward the boundary surface of the main body region 16, and the distance between the upper surface and the lower surface increases.

そして、前方領域15と本体領域16との境界面において、上面と下面との間隔が最大となる。このとき、前方領域15は、先端部12から前方領域15と本体領域16との境界面にかけて、断面積が滑らかに増加していく曲面体となる。   The distance between the upper surface and the lower surface is maximized at the boundary surface between the front region 15 and the main body region 16. At this time, the front region 15 becomes a curved body whose cross-sectional area increases smoothly from the front end portion 12 to the boundary surface between the front region 15 and the main body region 16.

本体領域16においては、前方領域15と本体領域16との境界面から気球の上面は、最上部11から滑らかな曲線を描いて、徐々に下降していく。このとき、前方領域15から後方領域17にかけて断面形状の断面積は漸減し、本体領域16と後方領域17との境界面で断面積が最小になる。   In the main body region 16, the upper surface of the balloon from the boundary surface between the front region 15 and the main body region 16 gradually descends from the uppermost portion 11 while drawing a smooth curve. At this time, the cross-sectional area of the cross-sectional shape gradually decreases from the front region 15 to the rear region 17, and the cross-sectional area is minimized at the boundary surface between the main body region 16 and the rear region 17.

渦は、気球の位置を不安定にするため、気球の位置の安定化のためには、渦の発生を抑止しなければならない。本実施の形態に係る繋留型気球においては、気球の上面が滑らかな曲線を描いて下降することによって、気球の上面に沿って流れる風が渦を作ることを防ぐことができる。   Since the vortex makes the position of the balloon unstable, the generation of the vortex must be suppressed in order to stabilize the position of the balloon. In the tethered balloon according to the present embodiment, the upper surface of the balloon descends while drawing a smooth curve, thereby preventing the wind flowing along the upper surface of the balloon from creating a vortex.

また、本体領域16の上面には、くぼみ部分19が作成されているとよい。このくぼみ部分19とは、前方領域15の上面と後方領域17の上面とを結んだ直線よりも凹型にくぼんだ形状になっている部分のことである。このようにすることによって、気球の上面に沿って流れる風の流速を速くすることが可能となる。このことによって、気球の上面と下面の外圧差を大きくすることができ、より大きな、風による浮力を得ることができる。   Further, a recessed portion 19 is preferably formed on the upper surface of the main body region 16. The recessed portion 19 is a portion that is recessed in a concave shape with respect to a straight line connecting the upper surface of the front region 15 and the upper surface of the rear region 17. By doing so, it is possible to increase the flow velocity of the wind flowing along the upper surface of the balloon. As a result, the difference in external pressure between the upper and lower surfaces of the balloon can be increased, and a larger buoyancy due to wind can be obtained.

さらに、図1の右上図において、本体領域16の下部にあたる底部14は、略水平直線になっているとよい。つまり、気球が浮上している状態で、気球の底部14が水平になっているとよい。これは、気球の下面に沿って流れる風が、この気球の影響を受けずに滑らかに流れていくようにするためである。   Further, in the upper right view of FIG. 1, the bottom portion 14 corresponding to the lower portion of the main body region 16 is preferably a substantially horizontal straight line. That is, it is preferable that the bottom 14 of the balloon is horizontal in a state where the balloon is floating. This is so that the wind flowing along the lower surface of the balloon flows smoothly without being affected by the balloon.

そして、本体領域16と後方領域17との境界面から後端部13にかけて、上面は徐々に下降し、下面は徐々に上昇して、上面と下面との間隔が減少している。そして、本体領域16と後方領域17との境界面において、上面と下面との間隔が最小となる。このとき、後方領域17は断面積が滑らかに減少していく曲面体となる。   Then, from the boundary surface between the main body region 16 and the rear region 17 to the rear end portion 13, the upper surface gradually decreases, the lower surface gradually increases, and the distance between the upper surface and the lower surface decreases. In addition, at the boundary surface between the main body region 16 and the rear region 17, the distance between the upper surface and the lower surface is minimized. At this time, the rear region 17 becomes a curved body whose cross-sectional area decreases smoothly.

次に、風を受ける方向から見た断面図においては、図1の左上図に示すように、略楕円形をしている。また、図1の左上図においては、図1の右上図のA−A'部分での断面図を点線にて示している。本体領域16において、紐部材によって気球の表面を引っ張る機構である中吊り機構がつけられているため、点線のような形状になる。中吊り機構18の詳細は後述する。また、風を受ける方向から見た断面図においては、左右対称の形状をしている。   Next, in the cross-sectional view as seen from the direction of receiving the wind, as shown in the upper left diagram of FIG. Moreover, in the upper left figure of FIG. 1, the cross-sectional view in the AA 'part of the upper right figure of FIG. 1 is shown by the dotted line. In the main body region 16, since a suspending mechanism, which is a mechanism for pulling the surface of the balloon with a string member, is provided, the shape is a dotted line. Details of the hanging mechanism 18 will be described later. Moreover, in the cross-sectional view seen from the direction which receives a wind, it has a symmetrical shape.

上から見た断面図においては、図1の下図に示すように、前方領域15において、前方領域15と本体領域16との境界面に向かって幅が増加していく。本体領域16においては、前方領域15と本体領域16との境界面から、後端部13にかけては、幅が徐々に減少している。この上から見た断面図においては、左右対称の形状をしている。   In the cross-sectional view seen from above, the width of the front region 15 increases toward the boundary surface between the front region 15 and the main body region 16 as shown in the lower diagram of FIG. In the main body region 16, the width gradually decreases from the boundary surface between the front region 15 and the main body region 16 to the rear end portion 13. In the cross-sectional view seen from above, it has a symmetrical shape.

以上のような形状を持つ気球を作成するために、本実施の形態に係る気球においては、本体領域16に中吊り機構18が設けられている。中吊り機構18とは、上述のような形状を有する気球を作成するために、図1の右上図において点線で示されたように、球皮よりも弾性が高い物質で構成された紐部材を上部の球皮と下部の球皮に固着し、引っ張る機構である。この紐部材の例としては、気球の球皮にポリエステル系繊維が用いられたとき場合の生ゴムの紐部材などがある。   In order to create a balloon having the shape as described above, a suspension mechanism 18 is provided in the main body region 16 in the balloon according to the present embodiment. In order to create a balloon having the shape as described above, the hanging mechanism 18 is a string member made of a material having higher elasticity than the ball skin, as indicated by a dotted line in the upper right view of FIG. It is a mechanism that adheres to and pulls on the upper and lower ball skins. As an example of this string member, there is a string member made of raw rubber when polyester fiber is used for a balloon skin.

この紐部材は、風を受ける方向に平行で、水平な面に平行な断面の中心線上に固定されるとよい。このようにすることによって、気球の風を受ける方向に垂直な断面を左右対称にすることができ、風が吹くことによる影響を気球の上面と下面のみにすることができる。   This string member is preferably fixed on the center line of the cross section parallel to the wind receiving direction and parallel to the horizontal plane. By doing so, the cross section perpendicular to the direction of receiving the wind of the balloon can be made symmetrical, and the influence of the wind blowing can be limited to the upper and lower surfaces of the balloon.

これは、風によって受ける力が、風を受ける方向に垂直な断面の左右で違うと、気球が回転してしまうためであり、風を受ける方向に平行で、水平な面に平行な断面の中心線上に紐部材を固着することによって、気球の回転を抑止することができる。   This is because if the force received by the wind is different on the left and right of the cross section perpendicular to the wind receiving direction, the balloon will rotate. The center of the cross section parallel to the wind receiving direction and parallel to the horizontal plane By fixing the string member on the line, rotation of the balloon can be suppressed.

また、上記の気球が風の方向に対して一定の方向を向かせるために、後方領域17に尾翼部20若しくは補助尾翼21を設けると良い。これは、尾翼部20を設けなくても図1の右上図の断面方向に風の方向が変化したときには、風の方向に先端部12が向くようになっているが、この動作をより早く行うために、後方領域17に、図1の右上図の断面方向に平行な平面を有する尾翼部20若しくは補助尾翼21を設けているとよい。   Further, in order for the above-mentioned balloon to face a certain direction with respect to the direction of the wind, it is preferable to provide the tail part 20 or the auxiliary tail part 21 in the rear region 17. Even if the tail portion 20 is not provided, when the wind direction changes in the cross-sectional direction in the upper right view of FIG. 1, the tip 12 is directed in the wind direction, but this operation is performed faster. For this purpose, the rear region 17 may be provided with the tail unit 20 or the auxiliary tail unit 21 having a plane parallel to the cross-sectional direction in the upper right view of FIG.

また、中吊り機構18に用いられる紐部材は、気球を地上から繋留するための紐部材を設けた外側の球皮の近傍の内側の球皮に固定されるとよい。このようにすることによって、中吊り機構18に用いられる紐部材によって、球皮の底部14が引っ張られるのと略同じ力で引っ張ることによって、底部14を水平に保つようにするためである。   Moreover, the string member used for the hanging mechanism 18 may be fixed to the inner ball skin in the vicinity of the outer ball skin provided with the string member for anchoring the balloon from the ground. This is to keep the bottom 14 horizontal by pulling with the same force as the bottom 14 of the ball skin is pulled by the string member used for the hanging mechanism 18.

図2に、本実施の形態に係る繋留型気球における風の流速の大小による形状の変化を示す。図2には、繋留するための繋留ロープ23と繋留ロープ23への複数の枝ロープ24も示している。この中吊り機構18に用いられた紐部材は、風の流速が低いときに短くなり、本体領域16に位置する球皮のくぼみ部分19の大きさが大きくなり、流速差による浮力を大きく保つことができる。また、底部14の下に軽重量のパイプ22が装着されるとよい。このパイプ22が装着されることにより繋留ロープ23への複数の枝ロープ24が設置されることで底部14の平面は維持され、変形は気球上部のくぼみ部分19のみに限定される。パイプ22は、例えばポリカーボネートで作成されている。パイプ22は、底部14に装着されてもよいし、繋留ロープ23に装着されてもよい。   FIG. 2 shows changes in the shape of the tethered balloon according to the present embodiment depending on the flow velocity of the wind. FIG. 2 also shows a tether rope 23 for tethering and a plurality of branch ropes 24 to the tether rope 23. The string member used in the suspension mechanism 18 is shortened when the flow velocity of the wind is low, the size of the recessed portion 19 of the ball skin located in the main body region 16 is increased, and buoyancy due to the flow velocity difference is kept large. Can do. A light weight pipe 22 may be attached under the bottom portion 14. By installing a plurality of branch ropes 24 to the anchoring rope 23 by installing this pipe 22, the plane of the bottom portion 14 is maintained, and deformation is limited only to the recessed portion 19 at the upper part of the balloon. The pipe 22 is made of, for example, polycarbonate. The pipe 22 may be attached to the bottom portion 14 or may be attached to the tether rope 23.

これに対して、風の流速が高いときは、中吊り機構18に用いられた紐部材は伸びることになる。これは、気球外部の気圧が風によって低下するため、内圧が外圧よりも高くなるため、気球が膨張するからである。   On the other hand, when the flow velocity of the wind is high, the string member used for the hanging mechanism 18 extends. This is because the air pressure outside the balloon is reduced by the wind and the internal pressure becomes higher than the external pressure, so that the balloon expands.

このときの気球の膨張によって、本体領域16に位置する球皮のくぼみ部分19は、中吊り機構18に用いられた紐部材が伸びるため小さくなる。そのため、過大な流速差による気流の離脱、失速による位置の不安定性を未然に防ぐことができる。   Due to the expansion of the balloon at this time, the indented portion 19 of the ball skin located in the main body region 16 becomes smaller because the string member used for the hanging mechanism 18 extends. Therefore, the instability of the position due to the separation of the air flow due to an excessive flow velocity difference and the stall can be prevented in advance.

また、中吊り機構18は、上述のように、気球の破断等を防ぐ安全弁としても動作するため、気温・気圧の変動に伴う内部ガスの容積変化に対して柔軟に対応することができる。このことは、気球の内圧を調整する機構、例えばバロネットブロアが必要なくなるため、気球の内圧を調整する機構の重量を計算に入れる必要がなくなる。   Further, as described above, the suspension mechanism 18 operates also as a safety valve that prevents the balloon from being broken, so that it can flexibly cope with a change in the volume of the internal gas that accompanies changes in temperature and pressure. This eliminates the need for a mechanism for adjusting the internal pressure of the balloon, for example, a baronet blower, and thus eliminates the need for calculating the weight of the mechanism for adjusting the internal pressure of the balloon.

そのため、小型気球軽量化の際に障害となる気球の内圧を調整する機構が不要となり、鉛直上向きの力を実質的に増加させることができる。よって、横風に対する影響を減少させることができる。   Therefore, a mechanism for adjusting the internal pressure of the balloon that becomes an obstacle in reducing the weight of the small balloon becomes unnecessary, and the vertically upward force can be substantially increased. Therefore, the influence with respect to a cross wind can be reduced.

さらに、繋留型気球の球皮は、紐部材よりも低い弾性体から構成されるとよい。これは、繋留型気球の形状の制御を紐部材で行うことによって、上述のような風の大小による気球の形状の変化を有することができる。   Furthermore, the ball skin of the tethered balloon may be composed of an elastic body lower than the string member. This can have the change in the shape of the balloon due to the magnitude of the wind as described above, by controlling the shape of the tethered balloon with the string member.

上記の形状にすることによる効果を以下に説明する。図3に気球に風が吹いたときの風の通り方を示す。図3(a)には、本実施の形態に係る気球を、図3(b)には、従来の回転楕円形の気球を示す。   The effect by having said shape is demonstrated below. FIG. 3 shows how the wind passes when the wind blows on the balloon. FIG. 3A shows a balloon according to the present embodiment, and FIG. 3B shows a conventional spheroidal balloon.

本実施の形態に係る気球においては、本体領域16の上面において、くぼみ部分19に沿って風が流れていく。また、本体領域16の下面においては、略同一平面になっているため、風は水平方向に流れていく。   In the balloon according to the present embodiment, wind flows along the recessed portion 19 on the upper surface of the main body region 16. Further, since the lower surface of the main body region 16 is substantially in the same plane, the wind flows in the horizontal direction.

このことにより、本体領域16において、気球上面に沿って流れる風の速度と気球下面に沿って流れる風の速度に違いが発生する。気球上面に沿って流れる風の速度は、気球下面に沿って流れる風の速度よりも速度が大きくなる。このことは、ベルヌーイの定理より、気球上面の外圧が気球下面の外圧よりも低くなることになる。この気圧差が、風による浮力Fbを生じさせる。   As a result, in the main body region 16, a difference occurs between the speed of the wind flowing along the upper surface of the balloon and the speed of the wind flowing along the lower surface of the balloon. The speed of the wind flowing along the balloon upper surface is higher than the speed of the wind flowing along the balloon lower surface. This means that, from Bernoulli's theorem, the external pressure on the upper surface of the balloon is lower than the external pressure on the lower surface of the balloon. This atmospheric pressure difference causes buoyancy Fb due to wind.

図3においては、気球にかかる力も記述している。本実施の形態に係る気球においては、バルーン内部の気体と外部の気体の密度によって生じる浮力Fhと、気球自体の重さFgと、横風による力Fwと、風による浮力Fbがかかっている。   In FIG. 3, the force applied to the balloon is also described. In the balloon according to the present embodiment, the buoyancy Fh generated by the density of the gas inside the balloon and the external gas, the weight Fg of the balloon itself, the force Fw due to the cross wind, and the buoyancy Fb due to the wind are applied.

比較材料として、従来の気球に用いられている回転楕円形の気球を図3(b)に示している。回転楕円形の気球の場合、上面と下面に流れる風の流速は等しいため、上面と下面の気圧差は生じない。そのため、風による浮力Fbは生じない。   As a comparative material, a spheroidal balloon used in a conventional balloon is shown in FIG. In the case of a spheroid-shaped balloon, since the flow velocity of the wind flowing on the upper surface and the lower surface is equal, there is no difference in air pressure between the upper surface and the lower surface. Therefore, buoyancy Fb due to wind does not occur.

よって、回転楕円形の気球にかかる力は、バルーン内部の気体と外部の気体の密度によって生じる浮力Fhと、気球自体の重さFgと、横風による力Fwになる。つまり、本実施の形態に係る気球と従来用いられていた回転楕円形の気球との相違点は、風による浮力Fbがあるかないかである。   Therefore, the force applied to the spheroid balloon is the buoyancy Fh generated by the density of the gas inside the balloon and the outside gas, the weight Fg of the balloon itself, and the force Fw caused by the cross wind. That is, the difference between the balloon according to the present embodiment and the conventionally used spheroid balloon is whether or not there is buoyancy Fb due to wind.

以上により、本実施の形態に係る繋留型気球においては、鉛直上向きの力が従来の回転楕円形の繋留型気球よりも大きくなっている。このことは、横風の流速が変化したときに、従来の回転楕円形の気球に比べて鉛直上方の力が大きいため、横風による気球を地上に繋留するための繋留ロープの傾斜角の変化を小さくすることができる、このことは、本実施の形態に係る繋留型気球が横風の影響が受けにくい気球であると同時に、気球の位置の安定化をはかることのできる気球であるといえる。   As described above, in the tethered balloon according to the present embodiment, the vertically upward force is larger than that of the conventional spheroidal tethered balloon. This means that when the crosswind velocity changes, the vertical upward force is larger than that of the conventional spheroidal balloon, so the change in the inclination angle of the tether rope to anchor the balloon due to the crosswind to the ground is reduced. This can be said that the tethered balloon according to the present embodiment is a balloon that is not easily affected by the crosswind, and at the same time, that can stabilize the position of the balloon.

これらの繋留型気球は、気球状に載置したカメラ等によって観測を行うとき、地上から紐部材で引っ張っている。図4において、質量・風の抵抗が無視できる十分に細い糸によって、地上G点に繋留されている本発明に係る繋留型気球の位置P1及び、従来型の回転楕円体気球の位置P2を示している。   These tethered balloons are pulled by a string member from the ground when observation is performed by a camera or the like placed in a balloon. FIG. 4 shows the position P1 of the tethered balloon according to the present invention, which is tethered to the ground point G, and the position P2 of the conventional spheroid balloon, which are tethered to the ground point G by a sufficiently thin thread with negligible mass and wind resistance. ing.

上記に示したように、本実施の形態に係る気球において、この気球にかかる力は、バルーン内部の気体と外部の気体の密度によって生じる浮力Fhと、気球自体の重さFgと、横風による力Fwと、風による浮力Fbであるから、これらの合力と繋留ロープの張力T1が釣合った状態になればよい。   As described above, in the balloon according to the present embodiment, the force applied to the balloon includes the buoyancy Fh generated by the density of the gas inside the balloon and the outside gas, the weight Fg of the balloon itself, and the force caused by the cross wind. Since it is Fw and the buoyancy Fb caused by the wind, it suffices if the resultant force and the tension T1 of the tether rope are balanced.

これに対して、従来の気球に用いられている回転楕円形の気球において、この気球にかかる力は、バルーン内部の気体と外部の気体の密度によって生じる浮力Fhと、気球自体の重さFgと、横風による力Fwであるから、これらの合力と繋留ロープの張力T2が釣合った状態になっている。   On the other hand, in a spheroid balloon used in a conventional balloon, the force applied to the balloon includes the buoyancy Fh generated by the density of the gas inside the balloon and the density of the outside gas, and the weight Fg of the balloon itself. Since the force Fw is due to the crosswind, the resultant force and the tension T2 of the tethering rope are in balance.

この上記の釣合を保つためには、鉛直からの角度が、本実施の形態にかかる気球においてはθ1、従来に用いられている回転楕円形の気球においては、θ2の傾斜角をもたせなければならない。この傾斜角θ1とθ2は、横風の大小によって決定される。   In order to maintain this balance, the angle from the vertical angle must be θ1 in the balloon according to the present embodiment, and θ2 in the conventional spheroid balloon. Don't be. The inclination angles θ1 and θ2 are determined by the magnitude of the cross wind.

また、傾斜角θ1とθ2の違いは、風による浮力Fbがあるかないかの違いによって生じる。本実施の形態に係る気球が風による浮力Fbを持つために、鉛直方向上向きの力が大きくなるために、傾斜角θ1は傾斜角θ2よりも小さくなる。   Further, the difference between the inclination angles θ1 and θ2 is caused by the difference in whether or not there is buoyancy Fb due to wind. Since the balloon according to the present embodiment has the buoyancy Fb caused by the wind, the upward force in the vertical direction is increased, so that the inclination angle θ1 is smaller than the inclination angle θ2.

また、図3においては、横風が大きくなったときの地上G点に繋留されている本発明に係る繋留型気球の位置P3及び、従来型の回転楕円体気球の位置P4も示している。本実施の形態に係る気球においては、鉛直方向上向きの力が大きいために、横風による力Fwが大きくなったとしても、横風による傾斜角θ1の変化量Δθ1は傾斜角θ2の変化量Δθ2よりも少なくなる。   FIG. 3 also shows the position P3 of the tethered balloon according to the present invention that is tethered to the point G on the ground when the cross wind increases, and the position P4 of the conventional spheroid balloon. In the balloon according to the present embodiment, since the upward force in the vertical direction is large, even if the force Fw due to the crosswind increases, the change amount Δθ1 of the tilt angle θ1 due to the crosswind is larger than the change amount Δθ2 of the tilt angle θ2. Less.

この効果は、ガスの密度差による浮力が横風の力に対して相対的に小さい小型気球の場合、より一層顕著に表れる。極限として、気体密度差による浮力を持たない凧では、Fh=0となるため、風による浮力Fbと、横風による力Fw、凧の自重Fgのベクトル和が、繋留ロープの張力と釣合うことになるが、浮力を得られない形状では凧は高度を維持できないことは明白である。   This effect is even more pronounced in the case of a small balloon where the buoyancy due to the gas density difference is relatively small relative to the crosswind force. In the limit, for a kite that does not have buoyancy due to a difference in gas density, Fh = 0. Therefore, the vector sum of the buoyancy Fb caused by the wind, the force Fw caused by the cross wind, and the weight Fg of the kite is balanced with the tension of the tethering rope. However, it is clear that the height of the kite cannot be maintained in a shape where buoyancy cannot be obtained.

以上のことから、図1に示すような形状を持つ気球を、中吊り機構18で作成することによって、風の大小にあまり影響を受けにくい小型カメラ等の観測機器を上空に保持することが可能な、風の影響を受けにくい繋留型小型気球を作成することが可能となる。   From the above, by creating a balloon having a shape as shown in FIG. 1 with the suspension mechanism 18, it is possible to hold an observation device such as a small camera that is hardly affected by the magnitude of the wind in the sky. In addition, it is possible to create a tethered small balloon that is not easily affected by wind.

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。また、上記の説明においては、本体領域16にくぼみ部19が存在するものについて説明したが、くぼみ部19が存在しなくても、中吊り機構18の効果に変化はない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, in the above description, the case where the recessed portion 19 is present in the main body region 16 has been described. However, even if the recessed portion 19 is not present, the effect of the hanging mechanism 18 is not changed.

本実施の形態に係る繋留型気球の断面図Sectional view of a tethered balloon according to the present embodiment 本実施の形態に係る繋留型気球における風の流速の大小による形状の変化Changes in shape of the tethered balloon according to the present embodiment due to the magnitude of the wind velocity 気球に風が吹いたときの気球に対する風の通り方How the wind passes against the balloon when the wind blows 質量・風の抵抗が無視できる十分に細い糸によって、地上に繋留されている従来型の回転楕円体気球の位置及び、本発明に係る繋留型気球の位置The position of the conventional spheroid balloon anchored on the ground by a sufficiently thin thread with negligible mass and wind resistance, and the position of the anchor balloon according to the present invention

符号の説明Explanation of symbols

11 最上部 12 先端部 13 後端部 14 底部 15 前方領域
16 本体領域 17 後方領域 18 機構 19 くぼみ部分 20 尾翼部
21 補助尾翼 22 パイプ 23 繋留ロープ 24 枝ロープ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Top part 12 Tip part 13 Rear end part 14 Bottom part 15 Front area | region 16 Main body area | region 17 Rear area | region 18 Mechanism 19 Recessed part 20 Tail part 21 Auxiliary tail part 22 Pipe 23 Anchoring rope 24 Branch rope

Claims (9)

前方領域と、後方領域と、前記前方領域と前記後方領域を繋ぐ本体領域と、を有し、
前記前方領域と前記本体領域の境界面の面積が前記後方領域と前記本体領域の境界面の面積より大きく、
前記本体領域の断面の面積が、前記前方領域から前記後方領域にかけて漸減する形状を有する繋留型気球であって、
前記繋留型気球の内部に位置し、前記本体領域の上部の球皮に固定された、紐部材を有し、
前記紐部材は、弾性体で構成され、前記本体領域の上部の前記球皮を引っ張ることによって前記形状を保持する、繋留型気球。
A front region, a rear region, and a main body region connecting the front region and the rear region;
The area of the boundary surface between the front region and the main body region is larger than the area of the boundary surface between the rear region and the main body region,
A tethered balloon having a shape in which a cross-sectional area of the main body region gradually decreases from the front region to the rear region,
A string member located inside the tethered balloon and fixed to the upper skin of the main body region;
The string member is a tethered balloon that is formed of an elastic body and holds the shape by pulling the ball skin on the upper part of the main body region.
前記紐部材が、前記繋留型気球の前記本体領域の上部の球皮を引っ張ることによって、前記本体領域の上部にくぼみ部が形成される、請求項1に記載の繋留型気球。   The tethered balloon according to claim 1, wherein the string member pulls a ball skin on the upper part of the main body region of the tethered balloon to form a hollow portion on the upper portion of the main body region. 前記繋留型気球に吹く風の流速が速いときには、前記くぼみ部が小さくなり、前記繋留型気球に吹く風の流速が遅いときには、前記くぼみ部が大きくなる、請求項2に記載の繋留型気球。   The tethered balloon according to claim 2, wherein when the flow velocity of the wind blown to the tethered balloon is high, the indented portion is reduced, and when the flow velocity of the wind blown to the tethered balloon is slow, the depressed portion is increased. 前記球皮は、前記紐部材よりも低い弾性体から構成される、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の繋留型気球。   The tethered balloon according to any one of claims 1 to 3, wherein the spherical skin is formed of an elastic body that is lower than the string member. 前記前方領域と前記後方領域の間の底部が水平になることを特徴とする、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の繋留型気球。   The tethered balloon according to any one of claims 1 to 4, wherein a bottom portion between the front region and the rear region is horizontal. 前記紐部材が、前記繋留型気球の前記前方領域から前記後方領域にかけた中心線上に固定される、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の繋留型気球。   The tethered balloon according to any one of claims 1 to 5, wherein the string member is fixed on a center line extending from the front region to the rear region of the tethered balloon. 前記後方領域に、風の向きに対する向きを保持する尾翼部若しくは補助尾翼を設けた、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の繋留型気球。   The tethered balloon according to any one of claims 1 to 6, wherein a tail portion or an auxiliary tail blade that maintains a direction with respect to a wind direction is provided in the rear region. 前記繋留型気球の底部又は前記繋留型気球を繋留するための繋留ロープに装着されたパイプをさらに有する、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の繋留型気球。   The tethered balloon according to any one of claims 1 to 7, further comprising a pipe attached to a bottom part of the tethered balloon or a tethering rope for tethering the tethered balloon. 前記繋留型気球を繋留するための繋留ロープの位置と、前記紐部材の固定された前記球皮上の位置が同じである、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の繋留型気球。
The anchoring type according to any one of claims 1 to 7, wherein a position of an anchoring rope for anchoring the anchoring balloon and a position on the ball skin to which the string member is fixed are the same. balloon.
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